【文章內(nèi)容簡介】 業(yè)電氣中，常用交流接觸器的型號(hào)有 CJX8(B 系列 )CJ1 CJ CJT1(CJ10)、CJX1(3TB、 3TF 系列 )、 CJ SMC 等 系列 產(chǎn)品 。在這次控制系 統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)中，采用了 CJ20 系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在控制電流的 1～ 倍之間 （或經(jīng)驗(yàn)公式2PN 選擇， PN為電動(dòng)機(jī)功率） , 在此控制主軸電機(jī)的 KM KM KM KM4，選取交流接觸器型號(hào)為： CJ20— 63，線圈電壓 220V；控制冷卻泵電機(jī) KM5 和控制快進(jìn)電機(jī)的KM6 選取交流接觸器型號(hào)為： CJ20— 10，線圈電壓 220V。 中間繼電器的選擇 中間繼電器 用于繼電保護(hù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號(hào)。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相 同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。它一般是沒有主觸點(diǎn)的，因?yàn)檫^載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國標(biāo)對(duì)中間繼電器的定義是K，老國標(biāo)是 KA。 常用的 中間 繼電器型號(hào)有 JZ JZ14 等。 本次設(shè)計(jì)選擇的 中間繼電器型號(hào) 為 JZ744。 保護(hù)電器的選擇 （ 1）熔斷器 熔斷器在電路中主要作短路保護(hù)和嚴(yán)重過載保護(hù)，用于保護(hù)線路。熔斷器的熔體串接于被保護(hù)的電路中，當(dāng)通過它的電流小于規(guī)定值時(shí)，其熔體相 當(dāng)于一根導(dǎo)線，起電氣連接作用；當(dāng)通過它的電流超過規(guī)定值（電路發(fā)生嚴(yán)重過載或短路時(shí)）一定時(shí)間后，其熔體自動(dòng)熔斷并切斷電路，從而起到保護(hù)作用。一般電氣控制線路中常用螺旋式熔斷器，其常用的產(chǎn)品有 RL RL RL7 和 RL8 系列產(chǎn)品，一般選擇熔體熔斷電流應(yīng)為電機(jī)額定電流的 ～ 倍。則主軸電機(jī)電路熔斷器選取型號(hào)為 :RL1100/100.冷卻泵電機(jī)電路、快進(jìn)電機(jī)電路熔斷器選取型號(hào)分別為： RL115/ RL115/電路選取型號(hào) RL115/2。 （ 2）熱繼電器 熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)原理來工作 的保護(hù)電器，具有與電動(dòng)機(jī)容許過載特性相近的反時(shí)限保護(hù)特性。主要用于電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行保護(hù)。 12 也常與接觸器配合成電池啟動(dòng)器。三相異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過電流 (過載和斷相 )現(xiàn)象，如果過電流不嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間短，繞組不超過允許溫升，這種過電流是允許；如果過電流情況嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間較長，則會(huì)加快電動(dòng)機(jī)絕緣老化，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)，因此，在電動(dòng)機(jī)回路中應(yīng)設(shè)置熱繼電器保護(hù)。 選型原則：應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的使用條件、工作環(huán)境、啟動(dòng)情況、負(fù)載性質(zhì)，電動(dòng)機(jī)的形式以及電動(dòng)機(jī)允許的過載 能力等加以考慮。一般原則是使熱繼電器的安秒特性位于電動(dòng)機(jī)的過載特性之下，并盡可能地接近，以充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過載能力，同時(shí)使電動(dòng)機(jī)在短時(shí)過載和啟動(dòng)瞬間 [(5～ 6)Ie]不受影響。通常熱繼電器選取的額定電流應(yīng)為大于或等于電動(dòng)機(jī)額定電流。整定電流一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的 ～ 倍（或按經(jīng)驗(yàn)公式整定， 2 PN 整定， PN為電動(dòng)機(jī)功率 ） 。主軸電機(jī)電路熱繼電器選取型號(hào)為： JR3663,整定電流為： 60A；冷卻泵電路熱繼電器選取型號(hào)為： JR3620，整定電流為： 。 控制開關(guān)電器的選擇 （ 1）轉(zhuǎn)換開關(guān) 轉(zhuǎn)換開關(guān)又稱組合開關(guān)，一般用于電氣設(shè)備中非頻繁的通斷電路、換接電源和負(fù)載、測量三相電壓以及直接控制小容量感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。轉(zhuǎn)換開關(guān)由動(dòng)觸頭（動(dòng)觸片）、靜觸頭（靜觸片）、轉(zhuǎn)軸、手柄、定位機(jī)構(gòu)及外殼等部分組成。其動(dòng)靜觸頭分別疊裝于數(shù)層絕緣殼內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)換手柄時(shí)，每層的動(dòng)觸片隨方形轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。一般選取的原則為允許通過的電流大于或等于電路的額定電流，按此選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)。常用的產(chǎn)品有： HZ HZ10和 HZ15等系列。本次設(shè)計(jì)選取 HZ10100/3。 （ 2）按鈕開關(guān)盒 按鈕開關(guān)（簡稱按鈕）又稱控制按鈕 ，是一種接通或斷開小電流電路的手動(dòng)開關(guān)電器，一般不直接去控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出啟動(dòng)或停止“命令”以遠(yuǎn)距離控制接觸器、繼電器、電磁啟動(dòng)器等電器線圈電流的接通或斷開，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐贰Ｄ壳俺Ｓ玫陌粹o開關(guān)盒為 LA4 系列產(chǎn)品，本次設(shè)計(jì)選擇的按鈕開關(guān) 型號(hào)為 LA43H。 13 速度繼電器選擇 速度繼電器是當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定值時(shí)觸頭動(dòng)作的繼電器。主要用于電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)控制電路中，當(dāng)反接制動(dòng)的轉(zhuǎn)速下降到接近零時(shí)能自動(dòng)地及時(shí)切斷電源。速度繼電器的結(jié)構(gòu)如圖所示。 圖 32 速度繼電器結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)子是一塊固定在軸上的永久磁鐵。浮動(dòng)的定子與轉(zhuǎn)子同心，而且能獨(dú)自偏擺，定子由硅鋼片疊成，并裝有籠型繞組。速度繼電器的軸與電動(dòng)機(jī)軸相連，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)，形成旋轉(zhuǎn)磁場。籠型繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使定子隨轉(zhuǎn)子向轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向偏擺，定子柄推動(dòng)相應(yīng)觸頭動(dòng)作。定子柄推動(dòng)觸頭的同時(shí)，也壓縮反力彈簧，其反作用阻止定子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速下降到一定數(shù)值時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩小于反力彈簧的反作用力矩，定子返回原來位置，對(duì)應(yīng)的觸頭恢復(fù)原始狀態(tài)。調(diào)整反力彈簧的拉力即可改變觸頭動(dòng)作 的轉(zhuǎn)速。 機(jī)床上常用的速度繼電器有 JY1 型、 JFZ0 型兩種。一般速度繼電器的動(dòng)作轉(zhuǎn)速為120r/min，觸頭復(fù)位轉(zhuǎn)速為 100r/min 以下。本次設(shè)計(jì)選擇的速度繼電器 型號(hào) 為 JY1型速度繼電器 500V、 2A。 1—— 轉(zhuǎn)子 2—— 電動(dòng)機(jī)軸 3—— 定子 4—— 籠型繞組 5—— 定子柄 6—— 動(dòng)觸頭 7—— 反力彈簧 8—— 靜觸 頭 14 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 確定 PLC I/O 口地址表 由系統(tǒng)改造要求可確定 I/O 地址表，如表 32 所示。 表 32 I/O 地址表 輸入 輸出 名稱 功能作用 I/O口 名稱 功能作用 I/O口 SB1 總停 X0 KM1 控制 M1正轉(zhuǎn)運(yùn)行 Y0 SB2 M1正轉(zhuǎn)啟動(dòng) X1 KM2 控制 M1反轉(zhuǎn)運(yùn)行 Y1 SB3 M1反轉(zhuǎn)啟動(dòng) X2 KM3 控制 M1 △形運(yùn)行 Y2 SB4 M1點(diǎn)動(dòng) X3 KM4 控制 M1 Y形運(yùn)行 Y3 SB5 M2啟動(dòng) X4 KM5 控制 M2運(yùn)行 Y4 SB6 M2停止 X5 KM6 控制 M3運(yùn)行 Y5 SB7 HL照明 X6 KA 電流表 A短接中間繼電器 Y6 SB8 HL熄滅 X7 HL 車床照明 Y7 SB9 M3點(diǎn)動(dòng) X10 FR1 M1過載保護(hù) X11 FR2 M2過載保護(hù) X12 KS1 正轉(zhuǎn)制動(dòng)速度繼電器常開觸點(diǎn) X13 KS2 反轉(zhuǎn)制動(dòng)速度繼電器常開觸點(diǎn) X14 15 PLC 選型 (1) PLC 常用的有晶體管輸出與繼電器輸出，其區(qū)別為： ① 負(fù)載電壓、電流類型不同。 負(fù)載類型：晶體管只能帶直流負(fù)載，而繼電器帶交、直流負(fù)載均可。 電流：晶體管電流 ，繼電器 2A。 電壓：晶體管可接直流 24V（一般最大在直流 30V 左右，繼電器可以接直流24V 或交流 220V。 ② 負(fù)載能力不同。 晶體管帶負(fù)載的能力小于繼電器帶負(fù)載的能力，用晶體管時(shí)，有時(shí)候要加其他東西來帶動(dòng)大負(fù)載 （如繼電器，固態(tài)繼電器等）。 ③ 晶體管過載能力小于繼電器過載的能力。 一般來說，存在沖擊電流較大的情況時(shí)（例如燈泡、感性負(fù)載等），晶體管過載能力較小，需要降額更多。 ④ 晶體管響應(yīng)速度快于繼電器。 繼電器輸出型原理是 CPU 驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，令觸點(diǎn)吸合，使外部電源通過閉合的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，其開路漏電流為零，響應(yīng)時(shí)間慢（約 10ms）。 晶體管輸出型原理是 CPU 通過光耦合使晶體管通斷，以控制外部直流負(fù)載，響應(yīng)時(shí)間快（約 甚至更?。?。晶體管輸出一般用于高速輸出，如伺服／步進(jìn)等，用于動(dòng)作頻率高的輸出。 ⑤ 在額定工作情況下，繼電器有動(dòng)作次數(shù)壽命，晶體管只有老化沒有使用次數(shù)限制。 繼電器是機(jī)械元件所以有動(dòng)作壽命，晶體管是電子元件，只有老化，沒有使用次數(shù)限制。繼電器的每分鐘開關(guān)次數(shù)也是有限制的，而晶體管則沒有。 16 (2)下表為三菱 PLC FX2N 系列， 繼電器輸出、晶體管輸出 部分型號(hào)列表。 表 33 三菱 PLC FX2N 系列， 繼電器輸出、晶體管輸出 部分型號(hào)列表 序號(hào) 型號(hào) 輸入 \輸出總點(diǎn)數(shù) 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 輸出類型 1 FX2N16MR001 16 8 8 繼電器輸出 2 FX2N32MR001 32 16 16 繼電器輸出 3 FX2N48MR001 48 24 24 繼電器輸出 4 FX2N64MR001 64 32 32 繼電器輸出 5 FX2N16MT001 16 8 8 晶體管輸出 6 FX2N32MT001 32 16 16 晶體管輸出 7 FX2N48MT001 48 24 24 晶體管輸出 8 FX2N64MT001 64 32 32 晶體管輸出 因此本次設(shè)計(jì)考慮到共有輸入 13 個(gè)信號(hào)，輸出 8 個(gè)信號(hào)，又因控制程序不是很大及不需要遠(yuǎn)程控制 與特殊要求，所以選用三菱 FX 系列的 FX2N32MR001,由表知輸入 \輸出總點(diǎn)數(shù)為 32，輸入點(diǎn)數(shù)為 16，輸出點(diǎn)數(shù)為 16，繼電器輸出，可以滿足本次設(shè)計(jì)的要求。 17 PLC 的 I/O 電氣接線圖 由 I/O 口分配表可以知道，輸入部分：按鈕 SB1 為整個(gè)控制系統(tǒng)的停止開關(guān)；按鈕 SB SB3 及 SB4 分別控制主軸電機(jī) M1 的正反轉(zhuǎn)及點(diǎn)動(dòng)控制；按鈕 SB SB6分別控制冷卻泵電機(jī)的 M2 啟動(dòng)與停止；按鈕 SB SB8 分別控制 HL 的照明于熄滅；按鈕 SB9 控制快進(jìn)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)；熱繼電器常閉 開關(guān) FR1， FR2 分別為 M M2 的過載保護(hù)；速度繼電器 KS KS2 分別輔助主軸電機(jī) M1 的正反轉(zhuǎn)制動(dòng)。輸出部分： KM KM2接觸器分別控制主軸電機(jī) M1 的正反轉(zhuǎn)； KM KM4 接觸器分別控制主軸電機(jī) M1 的△、Y 運(yùn)行； KM KM6 接觸器分別控制冷卻泵電機(jī) M快進(jìn)電機(jī) M3 的運(yùn)行； HL 為車床照明。下圖為， PLC 的輸入、輸出 I/O 電氣接線圖，如圖 33。 圖 33 PLC I/O 電氣接線圖 18 觸摸屏系統(tǒng)設(shè)計(jì) 觸摸屏的選擇 本次設(shè)計(jì)使用日本三菱公司的觸摸屏，其觸摸屏獨(dú)有的“透明 傳輸”為其它品牌觸摸屏所不具備，本次設(shè)計(jì)選擇的型號(hào)為： GT1155QSBDC。以下為 GT1155QSBDC部分參數(shù)資料。 產(chǎn)品名稱： 英寸三菱觸摸屏 GT1155QSBDC。 種類： TFT 彩色觸摸屏。 畫面尺寸： 英寸。分辨率： 320*240(點(diǎn)）。 顯示尺寸： 115（ W） *86（ H）（ mm）。 顯示顏色： 256 色。 外型尺寸： 164(W)*135(H)*56(D)(mm)。重量： 。 輸入電源電壓： DC24V(+10%、 15%) 脈動(dòng)電壓 200mV 以下。 沖擊電流： 15A 以下（ ） 2ms。 面板開孔尺寸： 153(W)*121(H)(mm)。 觸摸屏人界面設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)使用 GT Designer3 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫面建立大概步驟為：先新建一個(gè)基本畫面，軟件自動(dòng)編號(hào)為 1，然后新建其他畫面，并依次編號(hào)設(shè)置好，我此次共設(shè)計(jì) 了 5 幅人機(jī)畫面 ，即，（ 1）開機(jī)畫面，（ 2）系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面，（ 3）主軸電機(jī)監(jiān)控畫面，（ 4）冷卻泵電機(jī)監(jiān)控畫面，（ 5）快進(jìn)電機(jī)監(jiān)控畫面。建好 5 幅畫面后，然后對(duì)各自畫面進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此不在一一詳細(xì)說明，建好的畫面如下介紹及圖所示。 圖 34開機(jī)畫面 畫面名稱標(biāo)注 設(shè)置同步時(shí)間顯示 注明院校、系別、專業(yè) 畫面切換開關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)投入運(yùn)行，觸摸，則切換到系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面 設(shè)置日期顯示 19 圖 35系統(tǒng)監(jiān)控選擇畫面 如圖 35 所示，課題題目下面有三個(gè)畫面切換開關(guān)，畫面右下角有一個(gè)畫面切換開關(guān)，共四個(gè)畫面切換開關(guān)，分別對(duì)應(yīng)主軸電機(jī)監(jiān)控畫面，冷卻泵電機(jī)監(jiān)控畫面，快進(jìn)電機(jī)監(jiān)控畫面開機(jī)畫面，當(dāng)系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)若 觸摸 任意一個(gè)開關(guān)，則畫 面切換到相應(yīng)的畫面。 圖 36主軸電機(jī)監(jiān)控畫面 課題題目標(biāo)注 設(shè)置時(shí)間顯示 畫面名稱標(biāo)注 畫面名稱標(biāo)注 設(shè)置時(shí)間顯示 20 如圖 36 所示，畫面共設(shè)有 6 個(gè)位開關(guān)分別為正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、照明，熄滅和總停分別控制主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)，車床照明燈 HL 的亮、熄